C语言自定义类型 — 结构体、位段、枚举、联合-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了C语言自定义类型 — 结构体、位段、枚举、联合。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

前言

本期主要对通讯录三篇博客文章进行补充
通讯录文章：通讯录系列文章
对结构体进行详细介绍，其次讲解位段、枚举、联合体

一、结构体

1.什么是结构体

在C语言中，结构是一种用户自定义的数据类型，它可以由不同类型的数据成员组成，每个数据成员可以是不同的数据类型。

结构的作用是将多个不同类型的数据聚合在一起，以便于进行组织和管理。可以通过结构来表示复杂数据类型，如二维数组、链表等。同时，结构也是C语言中函数间传递复杂数据结构的一种方式。

2.结构声明

2.1 声明格式

结构在C语言中使用struct关键字声明，声明的格式为：

struct 结构名{
    数据类型 成员名1;
    数据类型 成员名2;
    ……
    数据类型 成员名n;
};

其中struct是关键字，可以省略结构名。数据类型可以是C语言支持的任何数据类型，如整型、浮点型、字符型、指针等。成员名是结构成员的名称。

2.2 如何声明（代码演示）

例如描述一个学生：

struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
}; //分号不能丢

3.特殊声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。

3.1 匿名结构体类型

struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}a[20], *p;

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签。

4.结构自引用

在结构中包含一个类型是否可以为该结构本身的成员

4.1 自引用类型1

正确的自引用方式：

struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
};

错误的自引用方式：

struct Node
{
 int data;
 struct Node next;
};

4.2 自引用类型2

正确的自引用方式：

typedef struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
}Node;

错误的自引用方式：

typedef struct
{
 int data;
 Node* next;
}Node;

5.结构体变量的定义和初始化

5.1 结构体变量的定义

struct Point
{
 int x;
 int y;
}p1; 				//声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; 	//定义结构体变量p2

5.2 结构体变量的初始化

//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {x, y};
struct Stu        					//类型声明
{
 char name[15];		//名字
 int age;      		//年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20};	//初始化
struct Node
{
 int data;
 struct Point p;
 struct Node* next; 
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; 			//结构体嵌套初始化
struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL};//结构体嵌套初始化

6.结构体内存对齐（计算结构体的大小）[重点]

这也是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐

6.1 如何计算结构体

首先得掌握结构体的对齐规则：

第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。 VS中默认的值为8 Linux中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小

结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。

如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

6.2 为什么存在内存对齐

1. 平台原因(移植原因)：
不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
2. 性能原因：
数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。
原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访
问

结论： 结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

6.3 如何满足对齐，又节省空间

代码演示：

//例如：
#include<stdio.h>
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	printf("S1:%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("S2:%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

输出结果：
C语言自定义类型 — 结构体、位段、枚举、联合,C语言,c语言,开发语言,数据结构,c++
结论：

在设计结构体时，让占用空间小的成员尽量集中在一起。

6.4 计算结构体练习

//练习1
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));

S1 = 12

//练习2
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

S2 = 8

//练习3
struct S3
{
 double d;
 char c;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

S3 = 16

//练习4-结构体嵌套问题
struct S3
{
 double d;
 char c;
 int i;
};
struct S4
{
 char c1;
 struct S3 s3;
 double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

S4 = 32

7.修改默认对齐数

7.1 #pragma pack( )

改变默认对齐数,使用#pragma pack(对齐数)

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)			//设置默认对齐数为8
struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
#pragma pack()			//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)			//设置默认对齐数为1
struct S2
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
#pragma pack()			//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
    //输出的结果是什么？
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    return 0;
}

输出结果：
C语言自定义类型 — 结构体、位段、枚举、联合,C语言,c语言,开发语言,数据结构,c++

8.结构体传参

8.1 结构体传参（传结构体地址）

代码演示：

struct S
{
 int data[1000];
 int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};


//结构体传参
void print1(struct S s)
{
 printf("%d\n", s.num);
}



//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
 printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
 print1(s);  //传结构体
 print2(&s); //传地址
 return 0;
}

首选print2函数。

原因：
函数传参的时候，参数是需要压栈，会有时间和空间上的系统开销。
如果传递一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。
结论：
结构体传参的时候，要传结构体的地址。

二、位段

1.什么是位段

位段是一种数据结构，可以在一个字节或多个字节中分别分配多个变量。位段中的每个变量只占用一个或几个位，从而允许有效地使用内存。位段的大小和每个变量的位数是由编译器决定的，通常是基于数据类型和可用位数的限制。位段可以用于优化内存使用，特别是在嵌入式系统中。

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

2.位段的内存分配

位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型
位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟的。
位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。

3.位段的跨平台问题

int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
位段中最大位的数目不能确定。（16位机器最大16，32位机器最大32，写成27，在16位机
器会出问题。
位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配标准尚未定义。
当一个结构包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳于第一个位段剩余的位时，是
舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的。

总结：

跟结构相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

4.位段的应用

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三、枚举

1.什么是枚举

枚举（Enumeration）是一种定义常量集合的数据类型，在程序中通常用来表示固定的有限选项。

枚举类型允许定义一组常量，常用于程序中需要使用多个取值相同的变量的场景。例如，定义颜色枚举类型，包含红、绿、蓝三种颜色，可以通过枚举类型来表示这三种颜色，方便程序的编写和维护。枚举的常量值一般为整型，也可以指定特定的值。

枚举顾名思义就是一一列举
把可能的取值一一列举

2.枚举类型的定义

enum Day//星期
{
 Mon,
 Tues,
 Wed,
 Thur,
 Fri,
 Sat,
 Sun
};
enum Sex//性别
{
 MALE,
 FEMALE,
 SECRET
}；
enum Color//颜色
{
 RED,
 GREEN,
 BLUE
};

以上定义的 enum Day ， enum Sex ， enum Color 都是枚举类型。
{ }中的内容是枚举类型的可能取值，也叫 枚举常量

3.枚举类型的赋值

这些可能取值都是有值的，默认从0开始，依次递增1，在声明枚举类型的时候也可以赋初值。

enum Color//颜色
{
 RED=1,
 GREEN=2,
 BLUE=4
};

4.枚举的优点

可以使用 #define 定义常量，为什么非要使用枚举？

枚举优点：

增加代码的可读性和可维护性
#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
便于调试
使用方便，一次可以定义多个常量

5.枚举的使用

enum Sex//性别
{
 man=1,   //男性  1
 woman=2, //女性  2
 null=0   //保密  0 
};
enum Sex xiaom = 1;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。

四、联合（共用体）

1.什么是联合体

联合体（Union）是一种在C语言中使用的数据类型，它是由多个不同类型的成员变量组成的数据结构。在联合体中，所有的成员变量共用同一个存储空间，在任何时候只能有一个成员变量被有效地使用。因此，联合体的大小等于其最大的成员变量的大小。联合体可以用来保存不同类型的变量，从而节省内存空间，但也使得代码的可读性和可维护性变得更加复杂。

2.联合类型的定义

联合也是一种特殊的自定义类型
这种类型定义的变量也包含一系列的成员，特征是这些成员公用同一块空间（所以联合也叫共用体）。

//联合类型的声明
union Un
{
 char c;
 int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));

3.联合的特点

联合的成员是共用同一块内存空间的，这样一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小（因为联
合至少得有能力保存最大的那个成员）。

4.联合大小的计算

联合的大小至少是最大成员的大小。
当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候，就要对齐到最大对齐数的整数倍。

代码演示：

union Un1
{
 char c[5];
 int i;
};
union Un2
{
 short c[7];
 int i;
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));